Кузнецова Т.Г.¹, Горбачева М.В.²

¹Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник; ²кандидат биологических наук, младший научный сотрудник, ФГБУН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

РОЛЬ РЕАКЦИЙ САМОРЕГУЛЯЦИИ В ОРГАНИЗАЦИИ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО ПОВЕДЕНИЯ ДЕТЕЙ 6-7 ЛЕТ

Аннотация

В работе установлено, что стремление к достижению цели, обладающей различной ценностью и приближающейся с различными скоростями, активирует поведенческие, вегетативные и центральные реакции саморегуляции. При этом скорость, равная 50 мм/с, в отличие от высоких и низких, вызывая реакцию неопределенности, обладает наибольшей физиологической силой, что проявляется в увеличении показателя “стресс-индекса” и наиболее значимой перестройке биопотенциалов головного мозга. В зависимости от изменения ценности приближающегося объекта были зафиксированы качественное сходство и количественные различия в изменении всех регистрируемых параметров (индекса напряжения сердечного ритма, длительности реакции сосредоточения, перестройки корреляционных связей ЭЭГ) процесса достижения цели.

Ключевые слова: дошкольники, когерентность ЭЭГ, индекс напряжения сердечного ритма, ценность цели-объекта.

Kuznetsova T.G.¹, Gorbacheva M.V.²

¹Doctor of Biological Sciences, Leading Researcher; ²PhD of Biological Sciences, Junior Researcher, I.P. Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

THE ROLE OF SELF-REGULATION REACTIONS IN THE ORGANIZATION OF PURPOSEFUL BEHAVIOUR IN CHILDREN 6-7 YEARS OLD

Abstract

It was shown, that the aspiration to purpose achievement possessing of different value and approaching at different speeds activates behavioral, vegetative and central reactions of self-regulation. The rate of 50 mm/sec, in contrast to the high and low speeds, causing uncertainty reaction, has the highest physiological strength that results in increased indicator of "stress index" and the most significant reorganization of brain biopotentials. Depending on changes in the value of an approaching object were detected qualitative similarities and quantitative differences in the change of the registered parameters (tension index of heart rate, duration of concentration response, reorganization of EEG correlations) of the process of achievement the aim.

Keywords: preschool children, EEG coherence, tension index of heart rate, object`s value.

Введение

Во “Вступлении” к докладу на III-м Съезде по экспериментальной педагогике в 1916 г. И.П.Павлов выделил особый рефлекс, назвав его “рефлексом цели”, где отмечал, что цели могут быть важные и пустые и что надо отличать стремление от смысла и ценности цели [1].

Однако до сих пор остается загадкой физиологическая основа роли ценности цели и стремления к ней, взаимосвязь этих компонентов в процессе организации целенаправленного поведения, хотя пути ее решения искали П.К.Анохин [2], П.В. Симонов [3], Heckhausen [4], McFarlend [5], Kahneman [6] и др.

Сложность анализа этой проблемы долгое время заключалась в отсутствии методик качественной и количественной оценки обуславливающих ее факторов. В 1985 году в нашей лаборатории была разработана методика [7] приближающейся цели, позволившая изучать не только содержательную сторону процесса целедостижения, но и его побудительные и организующие силы, анализировать последовательность включения и доминирования активационных систем головного мозга (системы эмоций, ориентировочного рефлекса и сосредоточения).

Было установлено, что высокие скорости (малое время, короткое расстояние) приближения цели-объекта (подкрепления) независимо от вида испытуемого, его пола и возраста активировали модулирующие системы: эмоций, сосредоточения, ориентировочного рефлекса [8]. Вместе с этим оказалось, что стремление к обладанию (захвату) целью зависит не только от скорости ее достижения, но и собственной ценности цели [9, 10]. Оба эти фактора влияли на поведенческие и вегетативные реакции саморегуляции [11, 12].

Встал вопрос, как отражаются скорость достижения цели и ее субъективная ценность на центральном уровне саморегуляции – изменении биоэлектрической активности мозга у детей старшего дошкольного возраста.

Целью данного исследования стал анализ некоторых показателей ЭЭГ и их корреляции с динамикой индекса напряженности (ИН) механизмов регуляции сердечного ритма детей 6-7 лет при достижении ими цели, приближающейся с различными скоростями при изменении субъективной ценности цели.

Задачей данной работы явилось 1) исследование распределения значимых корреляций между отдельными зонами мозга, сопровождающих ту или иную эмоциональную реакцию (центрального компонента эмоции); 2) соотнесение динамики в ЭЭГ с изменениями “стресс-индекса” (вегетативного компонента эмоции); 3) корреляция изменений ЭЭГ и ИН с поведенческими реакциями саморегуляции (поведенческого компонента эмоции).

Методика

В исследовании участвовали 39 детей в возрасте 6-7 лет. Для моделирования у испытуемых эмоционально положительных и отрицательных состояний использовалась методика приближающейся цели (МПЦ) [7]. Ее основу составляет экспериментальная установка, состоящая из лентопротяжного устройства длиной 1000 мм, на котором помещается цель-объект, и двух пультов управления: один расположен перед экспериментатором для переключения скоростей движения ленты от 250 до 5 мм/с, второй в виде кнопки – перед испытуемым для запуска лентопротяжного устройства. Осуществление инструментальной деятельности дети начинали по команде экспериментатора: «Внимание, работай!». Время ее прерывная до 60с оценивалось как пауза, более 60с – как отказ от работы и эксперимент прекращался. Скорость движения цели к испытуемому снижали последовательно от 250-125-50-25-10 до 5 мм/с.

В первом варианте исследования по мере снижения скорости движения объекта ценность цели, подобранная для каждого испытуемого индивидуально, увеличивалась и высокой скорости соответствовала самая незначимая для субъекта цель-приманка, во втором – ценность объекта и скорость его приближения понижались, а в третьем – для всех испытуемых в качестве цели выставлялась нейтральная деревянная фишка, не представлявшая для них интереса (схема 1).

В соответствии с представленными схемами сопоставления скорости движения объектов и предъявляемой ценности цели, проведено три серии исследования. В каждой серии цель-объект предъявлялась испытуемому по 10 раз.

В процессе работы велась видеозапись. Анализировались: длительность реакции сосредоточения, как время активного слежения за движущимся объектом, рассчитываемое в процентах от нормативного времени достижения цели на данной скорости, при условии, что коэффициент продуктивности (КП) равнялся единице, и эмоциональные реакции, меняющиеся в зависимости от скорости движения объекта.

Схема 1. Сопоставление эмоциональной значимости физиологической силы раздражителей: скорости приближающегося объекта и его ценности в ситуации разнонаправленного (1), однонаправленного (2) изменения физиологической значимости факторов и нейтрального (3) раздражителя.

Обозначения: «+» – позитивная эмоциональная значимость; «-» – негативная эмоциональная значимость, “0” – нейтральный раздражитель.

Параллельно велась запись ЭЭГ от 10 симметричных отведений правого и левого полушарий: Fp1, Fp2, F3, F4, Р3, Р4, Т3, Т4, О1, О2, расположенных по международной схеме 10-20, монополярно с объединенным ушным электродом. Анализировались корреляционные связи между обозначенными зонами мозга в исследуемых безартефактных отрезках ЭЭГ продолжительностью не менее 60с с последующим усреднением по группе испытуемых для каждой из предъявленных скоростей. Эпоха анализа ЭЭГ составляла 4с, частота дискретизации 250 Гц.

ЭКГ отводилась от стандартных точек V1, V2. Анализировался “стресс-индекс” (индекс напряжения – ИН), рассчитываемый по формуле: ИН = АМо/(2ВР×Мо), где ВР вариационный размах (разница между max и min значением интервалов R-R), Мо – мода и АМо – амплитуда моды.

Запись ЭКГ и ЭЭГ вели с помощью 21-канального блока усилителя биопотенциалов фирмы "Мицар ЭЭГ" (Санкт-Петербург) с портом для ЭКГ и ЭЭГ-электродов и персонального компьютера. Для анализа результатов использовали программные пакеты "Mitsar WinEEG" и "Mitsar WinHRV".

Анализируемые показатели статистически обрабатывались в программе StatSoft Statistika 6.0 с применением непараметрического Т-критерия Вилкоксона, значимыми считались различия на уровне P<0,05.

Результаты эксперимента

Первый приход детей в экспериментальную комнату сопровождался легкой ориентировочной реакцией, которая быстро сменялась эмоционально нейтральным спокойным рабочим состоянием.

Однако ИН механизмов регуляции сердечного ритма в этот период у них составлял 203,5 усл.ед. этот показатель мало изменился и в ответ на введение скорости 250 мм/с, но по мере снижения предъявляемых скоростей и нарастании ценности цели ИН начал увеличиваться и достиг максимального значения в 377 усл.ед. при достижении цели, приближающейся со скоростью 50 мм/с, что было достоверно выше (p=0,002) исходных значений. В дальнейшем этот показатель начал снижаться и при скорости 5 мм/с и максимальной ценности достигаемого объекта вернулся к исходным значениям (рис. 1, столбики).

При этом по мере снижения скорости приближения цели наблюдалось постепенное плавное снижение времени слежения за объектом с 93,5% при скорости движения 250 мм/с до 50% при скорости – 5 мм/с (рис. 1, линия).

Анализ ЭЭГ в этой ситуации показал, что распределение значимых (r > 0,4-0,8) корреляций как в фоне при открытых глазах (ГО), так и в ответ на низкие скорости движения объекта, равные 25, 10 и 5 мм/с, оказались сходными (рис. 1, топограммы).

Так наиболее часто взаимосвязанными оказывались симметричные внутриполушарные теменно-затылочные и межполушарные лобно-теменные зоны мозга. При этом при достижении малозначимой цели на фоне высоких скоростей (250 и 125 мм/с) произошло увеличение в 2 раза числа симметричных внутриполушарных теменно-затылочных (c 25 до 50%) и межполушарных лобно-теменных (с 20 до 40%) связей относительно исходного состояния. Кроме этого появились новые левосторонние височно-теменные связи (22%).

Рис.1. Изменение ИН, длительности реакций сосредоточения внимания на движущемся объекте, распределение корреляционных связей при увеличении ценности цели-объекта и снижении скорости ее приближения.

Обозначения: левая ось ординат – ИН в усл. ед.; правая ось – длительность реакций слежения в %; столбики – ИН усл. ед.; линия – изменение активного времени слежения (сосредоточения внимания) за объектом; ось абсцисс – скорости движения объекта, мм/с. Под графиком – топограммы распределения корреляционных связей между исследуемыми зонами мозга. Пунктирные линии – от15% до 19% связей, черные тонкие – от 20% до 29% связей, черные жирные – больше 30% связей. * – p<0,05; ** – p<0,01.

Одновременно выявился интересный факт – в ответ на введение скорости приближающегося объекта, равной 50 мм/с, произошло усиление взаимосвязанной активности практически всех исследуемых зон мозга на фоне увеличения количества связей между ними.

Так по сравнению с описанными вариантами предыдущих скоростей при сохранении повышенного количества симметричных внутриполушарных теменно-затылочных и межполушарных лобно-теменных связей число левосторонних височно-теменных связей увеличилось до 33%. Появились новые правосторонние височно-теменные (20%), симметричные внутриполушарные лобно-теменные (22-31%), межполушарные теменно-теменные (33%) и затылочно-затылочные (26 %), лобно-височные (20-28%) и лобно-затылочные (18,5-26%) связи.

Во второй серии в исходном состоянии ИН сердечного ритма у детей снизился до 170 усл.ед. относительно исходного состояния в первой серии. Однако при достижении цели-объекта с одновременным снижением ценности и скорости его движения относительно фона «стресс-индекс» прогрессивно нарастал, достигнув максимального значения в 310 усл. ед. при движении цели, приближающейся со скоростью 50 мм/с, это оказалось достоверно ниже (p=0,002) в сравнении с предыдущей серией при увеличении ценности объекта (рис.2, столбики).

Рис.2. Изменение ИН, длительности реакций сосредоточения внимания на движущемся объекте, распределение корреляционных связей при одновременном снижении ценности и скорости движения цели-объекта. Обозначения как на рис.1.

Вместе с этим дети стали дольше следить за предпочитаемым объектом, что отразилось на плавном не достоверном снижении длительности реакции сосредоточения вплоть до скорости его движения, равной 50 мм/с (рис. 2, линия). Однако при дальнейшем снижении скорости движения объекта время слежения за ним сократилось более чем в 2 раза, проявились реакции отвлечения и частичного избегания (отведение взгляда, отворачивание головы и всего корпуса от установки), что способствовало значимому снижению ИН сердечного ритма (p=0,02) при достижении цели с низкими скоростями.

В этой ситуации распределение значимых (r>0,4-0,8) корреляций оказалось сходным как в фоне, так и в ответ на высокую (250 мм/с) и низкие (10 и 5 мм/с) скорости движения цели-объекта (рис.2, топограммы). Как и в предыдущей ситуации, наиболее часто взаимосвязанными оказывались симметричные внутриполушарные лобно-моторные, левосторонние и правосторонние височно-теменно-затылочные, а также межполушарные лобно-теменные зоны мозга.

Существенное перераспределение корреляционных связей произошло на скорости движения объекта в 125 мм/с, которые сохранялись дольше вплоть до скорости его приближения, равной 25 мм/с. При этом на фоне сохранения правосторонних височно-теменно-затылочных связей увеличилось количество аналогичных левосторонних связей (30%), удвоилось число симметричных межполушарных лобно-теменных (с 22 до 44%) и появились новые симметричные межполушарные лобно-затылочные (22%) связи.

В третьей серии эксперимента, когда достигаемая цель представляла собой простую деревянную фишку, а ее достижение происходило на фоне спокойного сосредоточения, но все же еще на фоне эмоционально положительного реагирования на ситуацию. ИН в целом изменялся меньше, чем в двух предыдущих сериях исследования (рис.3, столбики). При этом уже в исходном состоянии он оказался почти в 2 раза ниже, чем в первой и на 45% ниже, чем во второй сериях. В ответ на скорости приближения объекта, равные 250 и 125мм/c этот показатель, как в первых двух сериях возрос, но в меньшей степени и достиг максимальных значений (p=0,002) в ответ на введение скорости движения цели, равной 50мм/c, после чего вновь резко сократился, достигнув исходных значений.

Рис.3. Изменение ИН, длительности реакций сосредоточения внимания на движущемся объекте, распределение корреляционных связей при незначимой ценности цели-объекта и снижении скорости ее приближения. Обозначения как на рис.1.

Следует отметить, что в ответ на введение скорости движения цели, равной 50мм/c, у детей вновь (как в двух предыдущих сериях) появилась ориентировочная реакция с негативной окраской. Дальнейшее снижение скоростей приближения объекта сопровождалось усилиением эмоционально отрицательного реагирования и появлением реакций пассивного избегания (отведение взгляда, отворачивания от установки и т.д.).

В результате время слежения за движущимся объектом со скоростями 10 и 5 мм/с достоверно (p=0,002) снизилось (рис. 3, линия) относительно более высоких скоростей движения объекта (125, 50 и 25 мм/с), но распределение значимых (r>0,4-0,8) корреляций ЭЭГ как в спокойном состоянии при открытых глазах (ГО), так и в ответ на скорости движения объекта, равные 250, 125, 25, 10 и 5 мм/с, оказалось сходным (рис. 3, топограммы).

На рисунке видно, что в этой ситуации наиболее часто взаимосвязанными оказывались симметричные лобно-моторные (от 17% до 23%), левосторонние теменно-затылочные (от 16% до 24%) и правосторонние височно-теменно-затылочные (от 16% до 26%) зоны мозга, при этом установились межполушарные лобно-теменные связи (от 19% до 28%).

Существенные изменения в распределении корреляционных связей произошли при достижении субъектом объекта, приближающегося со скоростью, равной 50 мм/с, как и в двух предыдущих сериях.

При сравнении распределения значимых связей, зарегистрированных в ответ на введение высоких и низких скоростей, сохранилось и/или увеличилось количество правосторонних височно-теменно-затылочных (30%-40%) и левосторонних теменно-затылочных связей (45%), удвоилось число межполушарных лобно-теменных (с 20 до 40%), появились новые межполушарные лобно-лобные, лобно-затылочные (до 25%) и лобно-височные (25%) связи.

В зависимости от изменения ценности приближающегося объекта были зафиксированы качественное сходство и количественные различия в изменении всех регистрируемых параметров (ИН сердечного ритма, длительности реакции сосредоточения, перестройки корреляционных связей ЭЭГ) процесса достижения цели.

Итак, для всех трех серий исследования общим было постепенное нарастание величины ИН по мере снижения скорости приближения цели-объекта до 50 мм/с, а затем его снижение вплоть до исходного уровня (рис.4).

Рис.4. Характеристика ИН при изменении скорости движения и ценности достигаемого объекта.

Обозначения: по оси ординат – ИН в усл. ед.; по оси абсцисс – скорости движения объекта, мм/с; столбики: черные – при увеличении ценности цели-объекта и снижении скорости ее приближения; белые – при одновременном снижении ценности и скорости движения цели-объекта; серые – при незначимой ценности цели-объекта и снижении скорости ее приближения.

При этом по мере снижения скорости приближения цели происходило плавное и постепенное снижение длительности реакции сосредоточения на движущемся объекте.

Существенные изменения в распределении корреляционных связей были зафиксированы при достижении объекта, приближающегося со скоростью, равной 50 мм/с, а распределение значимых корреляций ЭЭГ в спокойном состоянии (ГО) и в ответ на низкие скорости движения объекта, равные 10 и 5 мм/с, оказалось сходным.

Отличным был средний уровень ИН в сериях в зависимости от изменения ценности приближающегося объекта. Самый высокий уровень ИН отмечался в первой серии при увеличении ценности цели-объекта и снижении скорости ее приближения, а самый низкий – в третьей серии с использованием незначимой цели (рис.4).

Обсуждение

В результате проведенного исследования были установлены новые факты, связанные с реализацией достижения цели – «рефлекса цели» по И.П.Павлову [1].

Создавая методику приближающейся цели, мы исходили из того, что при достижении движущегося объекта функциональная нагрузка на аналитико-синтетические процессы должна быть минимальной, а эмоциональные реакции в ответ на неожиданное изменение и/или снижение скорости приближающегося объекта – максимальной, что и отразила динамика ИН как в предыдущих работах [11, 12], так и в данном исследовании.

Прежде всего, обратил на себя внимание факт динамического изменения «стресс-индекса» обусловленного физическими и эмоциональными параметрами достигаемого объекта – скоростью и различной его ценностью.

Однако возник вопрос – почему этот показатель оказался максимальным во всех сериях эксперимента при восприятии высоких скоростей и снизился в ответ на более низкие, даже, несмотря на увеличение ценности достигаемого объекта, хотя, следуя логике, он должен был бы увеличиться из-за нарастания эмоционально отрицательного напряжения?

Но особый интерес представила скорость 50 мм/с, в ответ на которую стресс-индекс оказался самым высоким.

Исходное нарастание ИН относительно фона можно объяснить возникновением ориентировочной реакции на изменение скорости, с одной стороны, и замедлением приближения объекта, с другой.

Снижение величины ИН при введение низких скоростей, скорее всего, связано с возникновением пассивных реакций избегания – отворачивание головы, отведение взгляда – которые не только снимали эмоционально отрицательное напряжение, вызванное низкими скоростями, но и помогали ребенку отвлечься от неприятной деятельности. Иными словами, дети хотя и нажимали на кнопку, но не смотрели на медленно приближающийся объект, о чем свидетельствовало снижение времени слежения за объектом, и при этом их функциональное состояние приблизилось к исходному при ГО.

Скорость приближения объекта, равная 50 мм/с, отличавшаяся в 2,5 – 5 раз от двух предыдущих, сопровождалась не только ориентировочной реакцией, но и явным недовольством. Дети спрашивали «что такое, что произошло? Почему так медленно!?» (по Павлову – «что это?» и «что с ним делать?»). Непонимание и неопределенность ситуации вызывали «сшибку» нервных процессов и перенапряжение механизмов регуляции сердечного ритма, что и привело к статистически значимому увеличению как ИН, так и числа взаимосвязанных зон мозга и корреляционных связей между ними. На взрослых людях показано сходное изменение взаимоотношений биопотенциалов головного мозга в ситуации неопределенного отношения испытуемого к стоящей перед ним проблеме или неспособности ее преодолеть [13].

Функциональное объединение теменных зон с передними структурами, как правого, так и левого полушарий в процессе достижения цели, приближающейся со скоростью 50 мм/с, оказалось необходимым условием для принятия решения о дальнейшем продолжении деятельности и безусловнорефлекторном включении реакций саморегуляции.

Ассоциативные отделы коры, ответственные за переработку, хранение информации, формирование планов и программ деятельности проявляли наибольшую активность в регуляции функционального состояния и организации динамической системы реализации достижения цели (объекта), приближавшейся с «неопределенной» скоростью.

Дальнейшая же стабилизация всех исследуемых показателей (времени слежения, ИН, корреляционных связей) определялась включением реакций саморегуляции, принятием решения не следить за объектом и формированием «отрицательной определенности» на введение эмоционально отрицательных физических факторов.

Кроме сказанного, следует подчеркнуть, что ведущим моментом в реализации достижения цели («рефлекса цели») в наших условиях проведения эксперимента, все же оставалась скорость его реализации и в меньшей степени играла роль ценность достигаемого объекта. Видимо, простые картинки-наклейки для детей 5-7 лет уже не представляют существенного интереса и поэтому их ценность не отразилась на стремлении к их достижению.

В целом, установленные факты о возникновении эмоциональных реакций в ответ на такие физические факторы воздействия как скорость движения достигаемого объекта находят отражение не только на поведенческом уровне и в перестройке механизмов регуляции сердечного ритма, как вегетативного компонента эмоций [9, 10], но и в динамике регуляции центрального звена – в перестройке активности мозговых структур, что согласуется с исследованиями других авторов, полученных на взрослых людях в иных экспериментальных ситуациях [14, 15].

Таким образом, если первые негативно-ориентировочные реакции, возникшие в ответ на введение «неопределённой» скорости, проявились на поведенческом (реакции саморегуляции), вегетативном (увеличение ИН) и центральных уровнях (усиление внутри- и межполушарных связей), то негативность стимула отразилась позже при введении значимо низкой скорости (25-5 мм/с) его приближения.

Полученные данные, являясь совершенно новыми, в то же время согласуются с мнением других исследователей о том, что внутри- и межполушарные взаимодействия головного мозга детей играют важную роль в организации целостного поведенческого акта [16, 17, 18], стресс-индекс и время слежения за достигаемым объектом являются дополнительными диагностическими признаками степени мотивации и стремления к достижению цели.

THE ROLE OF SELF-REGULATION REACTIONS IN THE ORGANIZATION OF PURPOSEFUL BEHAVIOUR IN CHILDREN 6-7 YEARS OLD

References